【原创】2020年度我国陶粒及其轻骨料混凝土技术与应用发展报告

2020年初突如其来的疫情对各行各业都产生了重大影响，行业企业正常经营受到冲击，部分企业处境艰难，但是随着疫情得到控制，复工复产的展开，疫情对全年影响有限，疫情期间新建固废陶粒以及陶粒混凝土制品产能依然创历史新高。对于轻骨料行业来说固废资源化生产陶粒以及装配式建筑对轻质预制构件的需求依然是推动轻骨料行业发展的两大动力。

1.固废陶粒资源化利用迅猛发展

（1）固废陶粒资源化利用持续获得政策支持

《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》已由中华人民共和国第十三届全国人民代表大会常务委员会第十七次会议于2020年4月29日修订通过，自2020年9月1日起施行。由于陶粒工业在资源化利用固废的特有优势，必将在固废资源化利用中发挥一定的作用。

2020年8月国家发展改革委发布了《西部地区鼓励类产业目录（2020年本，征求意见稿）》，文件中将85%粉煤灰及以上掺量生产陶粒制品列入陕西省、甘肃省、宁夏回族自治区等西部地区鼓励类产业目录。为西部地区陶粒工业的发展提供了广阔的空间。

国家环保部在官网发布了《关于明确固废制陶粒项目执行固废再生导则问题的回复》，明确了由企业提出的固废制陶粒中有关重金属限量执行标准的问题，要求参照GB/T 30760中要求的浸出重金属含量限值执行。固废生产陶粒涉及的重金属问题有了判定依据。且相关环保部发布的相关标准推荐电镀污泥等危废可用于制备轻骨料。

（2）新建固废陶粒产能继续增加，陶粒工业资源化处置固废的环保功能属性进一步加强

随着我国固废资源化利用的不断推进，新建固废陶粒产能不断增加，据分会不完全统计2019年新建陶粒产能200余万方，2020年上半年，在疫情等负面环境条件下，完成环评公示的拟新建产能依然突破450万方，预计近期全国陶粒工业产能将突破2000万方。新建产能中大部分为各种市政污泥、工业污泥，工业废渣、煤矸石、尾矿等固废。除此之外，像油泥等危废类污泥生产陶粒也进入了实际工业化运作之中，南京扬子环保科技有限公司拟新建的扬子石化危废减量和无害化绿色利用（生产陶粒）项目已于2020年4月份获得环评批复，进入前期建设阶段。随着固废陶粒产能规模的不断壮大，陶粒窑成为继水泥窑后，又一可选择的资源化高温处置固废的技术方案，相比于水泥窑，陶粒窑处置固废也有自身的特殊优势，例如在重庆由于部分区县没有水泥生产企业；二是受水泥行业错峰停窑政策等因素影响，水泥厂处置污泥能力较不稳定。前重庆主城区已建成某公司污泥烧制陶粒项目，污泥处理规模为200吨/天。重庆市合川区、长寿区、永川区正在建设污泥烧制陶粒项目，建成后基本能消纳当地城镇污水处理厂产生的污泥[1]。

（3）陶粒产业助力多地“无废城市”建设

“无废城市”是以创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念为引领，通过推动形成绿色发展方式和生活方式，持续推进固体废物源头减量和资源化利用，最大限度减少填埋量，将固体废物环境影响降至最低的城市发展模式。国务院办公厅关于印发“无废城市”建设试点工作方案的通知（国办发〔2018〕128号）发布后，各试点城市相继发布了本市的实施方案。

绍兴市抓住“无废城市”建设试点契机，全面启动绍兴市污染土壤修复中心（越路环保）建设。该项目位于绍兴市滨海新区，总占地面积约335亩，投资约4.5亿元，年处理污染土壤能力达50万方。重金属污染土壤采用固化稳定化工艺修复；中轻度有机污染土壤采用常温解析或生物通风工艺修复；重度有机污染土壤采用热脱附工艺修复。修复后合格土壤通过配套设施，生产各类陶粒和自保温砌块等，实现无害化消纳和资源化利用的双重效益。除了污染土之外，还计划推进中科绿力环境科技年产100万方高性能陶粒飞灰资源化项目。

表1 2020年上半年新建陶粒生产线（不完全统计）

包头市“无废城市”建设试点“四大体系”之技术体系中共7项。已完成6项中就包括列入生态环境部无废城市建设试点先进适用技术（第一批）的内蒙古正堂环保产业有限公司关于工业固体废物综合利用陶粒生产示范技术。

全力创建全国绿色矿业发展示范区先行县的承德宽城满族自治县，在强化矿山治理的同时，积极探索综合利用尾矿砂。他们与中关村绿色产业联盟、中国建筑材料研究院等专业机构合作，研究开发了利用尾矿砂生产陶粒、高质透水砖、保温装饰一体化板材等10余种高附加值绿色建材产品，年消纳尾矿砂1500万吨以上，实现生态效益、经济效益双赢。

重庆市人民政府办公厅印发《重庆市城镇生活污水处理厂污泥处理处置实施方案》，探索污泥无害化处理处置和资源再生利用产业发展，主城区城镇污水污泥处置方式采用水泥窑协同处置、堆肥作园林营养土、建筑材料、卫生填埋、与餐厨垃圾协同处置、制陶粒等方式，无害化处理规模已达1770吨/日，主城区已实现全部无害化处置。

(4)各种固废制备陶粒成为研究热点

相对与较为成熟的污泥、粉煤灰作为原料生产陶粒，其他种类的固废生产制备陶粒的研究也在各研究机构深入开展。

张静等研究了固硫灰来源及其化学成分对固硫灰陶粒的烧胀性能和物理性能的影响。并经工艺优化制备得到堆积密度624kg/m3，1h吸水率0.39%，筒压强度5.3MPa，软化系数0.94，粒型系数1.2的700级固硫灰陶粒轻集料。并设计了固硫灰陶粒生产自动化工艺流程和尾气脱除SO2前馈-串级控制系统，以实现固硫灰陶粒工业生产自动化和尾气SO2精准脱除[2]。

孙旭东等以山东烟台某黄金选冶厂的氰化尾渣为主要原料，掺入一定量的膨润土、钠长石、氯化钙、煤粉等，探究了高温氯化挥发法处理氰化尾渣协同制备陶粒的可行性。结果表明，氰化尾渣利用率最高能达到75%以上，烧制得到的陶粒的1h吸水率为9.45%、堆积密度为642.93%，符合《轻集料及其试验方法》中密度等级为700级的工业废渣轻粗集料的技术要求，可用于制备保温机构混凝土或者高强混凝土。该研究为黄金选冶氰化尾渣的建材化应用可提供一定的参考价值[3]。

刘贤力等研究将重金属污染土壤进行陶粒资源化处置，生产的陶粒浸出实验的结果完全符合污染土壤修复目标值，该途径完全能达到污染土壤安全利用的目的，而且在陶粒生产过程中逸散排放的Pb、Cd含量均低于大气污染物特别排放限值控制要求，有效降低回转窑协同处置途径在生产过程及使用过程中存在的健康风险，可避免水泥窑协同处置技术中，由于水泥粉尘颗粒细、比表面积大，重金属铅、镉等易随粉尘逸散和挥发造成的二次污染，生产出的陶粒可以代替砂石作为混凝土的骨料，也可以代替活性炭作为水处理材料的替代品[4]。

（5）陶粒生产装备持续改进更新

生产装备是行业技术水平的重要指标，随着生产线的持续兴建，天然气、电能等不同能源类型的陶粒装备相继开发完善，新建的陶粒生产线环保水平也逐步提高，但是同水泥等成熟行业的装备相比，在精细化、智能化、绿色节能水平等方面仍存在较大的差距，是制约轻骨料行业发展壮大的重要因素之一，需要借鉴相关行业成熟经验以及陶粒工业的自身特点，继续改进完善。

分会副理事长单位山东恒远利废开发的“工业固废制备高性能轻骨料成套设备”成功入选工信部公布的《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2019年版）》，该成套设备采用高效节能的瀑落式回转窑系统工艺，回转窑采用三叶内衬结构，选用独特的设备保温材料，一方面可以大幅提升窑的热交换效能，另一方面可以减少窑皮散热，使得制备单位陶粒轻骨料的综合能耗较传统回转窑大大降低。该技术同时荣获2019年度“北京凯盛优科房屋杯”混凝土与水泥制品行业技术革新奖二等奖（技术开发类）。

2.传统轻骨料混凝土产品发展稳健、新型陶粒混凝土应用不断出现

轻骨料较为传统的应用方式是用于生产轻集料混凝土砌块，目前全国的轻集料混凝土砌块产量约5000万方，非常有竞争优势的节能墙体材料，不仅具有一定的节能效果，还可以利用大量固废。北京市住房和城乡建设委员会发布的数据显示：2019年北京市墙材生产累计利用固废约62万吨，同比增加12.6%，其中轻集料混凝土砌块生产固废利用量最大约为54万吨,包含建筑废弃物20余万吨。且2019年北京市包括轻集料混凝土砌块、蒸压加气混凝土砌块、隔墙板、蒸压加气混凝土板、装配式混凝土墙板在内的墙材单位产品生产能耗分别下降12.0%、0.4%、14.3%、0.3%、9.6%。轻集料混凝土砌块能耗最低，折合每万块标砖0.019吨标煤。

除了轻骨料混凝土砌块外，轻骨料混凝土墙板制品发展较为迅速，广泛应用于装配式建筑中。据分会不完全统计2020年上半年各类陶粒墙板及砌块制品近1300万平方，成为重要的隔墙材料。另外其他的轻骨料混凝土装配式构件也不断的应用于装配式建筑中。中建绿色产业园1#综合楼是华南地区首个采用EPC工程总承包模式的“装配式大型框架结构支撑体+高性能防屈曲支撑+模块化钢结构体系”项目。本项目部分外墙板将采用陶粒轻质高强混凝土，预制楼梯将全部采用陶粒轻质高强混凝土。

表2 2020年1-9月拟新建陶粒制品生产线（不完全统计）

除了砌块和墙板类较为成熟的应用，基于陶粒混凝土特性的新的应用不断涌现。

（1）新型蓄盐陶粒混凝土路面

含盐陶粒混凝土作为一种新型蓄盐路面材料，所制备的含盐陶粒混凝土，在路面除冰雪方面有着良好的效果。为了保证含盐陶粒混凝土材料具有良好的路用性能，采用分层度试验对含盐陶粒匀质分布的影响因素进行研究，从而揭示含盐陶粒在混凝土内部的分布规律，得到最佳的施工工艺，为含盐陶粒混凝土的工程应用提供有效理论支撑。侯子义等采用页岩陶粒为盐分载体，表面由聚合物改性水泥净浆覆裹缓释处理，养生至28d，吸附的融冰盐成分为氯化钠，颗粒粒径10～22mm，连续级配，表观密度1567kg/m3，堆积密度821kg/m3，1h吸水率6%，筒压强度5.4MPa[5]。

（2）3D打印陶砂混凝土材料

马国伟等研究将陶砂制备3D打印混凝土的可行性以及可应用性，并试验测试了不同打印路径对材料力学行为的影响。认为中陶砂更加适合作为3D打印陶砂混凝土材料，通过对五种陶砂混凝土配比的坍落度、早期强度试验分析，得出当陶砂在材料中比例为13．3%～22．2%时，可满足3D打印对混凝土材料流动性，推动3D打印陶砂混凝土提供了试验数据和参考[6]。

（3）陶粒喷射混凝土

李运华等在公路隧道修建过程中由于地质勘察的局限性，施工中往往会引起掌子面渗漏水问题，对于小型水包及部分岩隙水通常是喷射混凝土材料封堵出水口，而封堵材料并不能形成受力结构，只作为填充物承受部分水压，因此轻型混凝土材料用于治理隧道施工渗漏水的应用前景广泛，通过其在某公路隧道渗漏水病害的治理应用来看，轻骨料混凝土能有效封堵二衬结构的孔洞和漏水点，达到了预期治理效果[7]。

（4）透明轻骨料混凝土

郭旭东等通过试验制备了透明轻骨料混凝土，并研究其透光性能、抗冻性和抗渗性，以期为混凝土的智能化发展提供理论参考。其在钢制模板中设置带孔的挡板，将光纤能够均匀顺直的布设于整个试件中；在布设光纤的模具中浇入轻骨料混凝土拌合物，将养护好的混凝土试件沿光纤方向切割成透明轻骨料混凝土试件，可用于装饰等工程中[8]。

3.轻骨料领域标准制定进展

（1）由建筑材料工业技术监督研究中心和轻骨料分会负责起草的JC/TXXX《污泥陶粒》国家建材行业标准已顺利通过中国建材联合会组织的审查，并完成了报批，即将发布实施。该标准明确了污泥陶粒的定义，细化了污泥陶粒的分类，弥补了污泥制陶粒标准缺失的空白，增加了可浸出重金属含量指标，保障了污泥陶粒的无害化应用，补充完善了标准体系。该标准的实施将引导我国陶粒企业进行原材料结构转型，促进陶粒企业消纳各种污泥固废，引导陶粒行业由资源消耗型、高能耗行业向处置固废的环保功能行业发展，对提高污泥陶粒建材产品质量，规范污泥陶粒行业发展具有重要意义。

另外与产品标准配套的建材行业标准JC/TXXX《陶粒窑协同处置污泥技术规范》生产规范标准也已经完成了初稿的编写，相信随着两部国家行业标准的相继实施，污泥陶粒行业将进入有标准可依的新的发展阶段。

（2）交通运输部行业标准JT/T770-2009《公路工程高强页岩陶粒轻骨料》开启修订工作，该修订工作由交通运输部公路科学研究院和建筑材料工业技术监督研究中心、轻骨料分会组织。该标准将根据高强陶粒新的发展形势，增加粉煤灰陶粒、煤矸石陶粒等新的陶粒品种用于公路工程中，并调整相关技术指标。

（3）中国混凝土与水泥制品协会标准《结构混凝土用高强轻骨料》开始制定，该标准将在高强轻骨料材料设计和生产工艺装备技术新发展以及结构混凝土对高品质骨料要求的基础上编制，新标准将大幅提升现行轻骨料产品性能要求，制定更科学合理的轻骨料品质测定评价方法，从而促进中高强度等级轻骨料混凝土在结构工程中的推广应用，满足高层及超高层结构、钢结构、桥梁结构等工程发展对轻质高强混凝土的需求。

（4）中国再生资源回收利用协会团体标准《表面处理污泥、生活垃圾焚烧飞灰烧结制备衍生轻集料》发布实施。该标准主要对电镀污泥、飞灰危废制备陶粒轻集料进行了规范。

（5）修订的北京市地方标准DB11/T742-2019《轻集料混凝土填充砌块技术规程》2020年4月正式实施。修改了轻集料混凝土砌块、砌筑砂浆及灌孔混凝土等主要材料性能要求的标准。调整了砌体的计算指标并增加了砌体的弹性模量、线膨胀系数等基本参数等。

（6）河南省新版《工业窑炉大气污染物排放标准》（含陶粒工业）6月1日起开始实施。

（7）中国有色金属工业协会团体标准《建筑装饰用富铝再生陶粒》（2020-002-T/CNIA）开始制定。

参考文献